抗激光可实现近乎完美的光吸收

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奥地利和以色列的物理学家表示,他们已经开发出一种“反激光”或“相干完美吸收器”,可以使任何材料从各种角度吸收所有光线。 该装置基于一组镜子和透镜,将入射光捕获在空腔内并迫使其循环,使其反复撞击吸收介质,直到完全被吸收。 这有可能改进各种光收集、能量传输、光控制和成像技术。

光的吸收在许多自然过程中都很重要,从视觉到光合作用,以及在太阳能电池板和光电探测器等物理和工程应用中。 增强光吸收以提高基于光的技术的效率和灵敏度的技术备受追捧,但这可能具有挑战性。

斯蒂芬·罗特(Stefan Rotter), 理论物理学家 恩维恩, 解释说很容易用笨重的固体物体捕获和吸收光,例如厚实的黑色羊毛套头衫。 但大多数技术应用都使用薄层材料。 虽然这些薄材料会吸收一些光,但大部分光会通过。

猫头鹰和其他夜行动物之所以具有如此出色的夜视能力,一个原因是它们的视网膜后面有一层反光组织,称为绒毡层。 任何穿过薄薄的视网膜而未被吸收的光线都会被反弹回来,并有第二次机会被捕获。 为了进一步改进这样的系统,您可以在视网膜前添加另一个反射面。 然后光线会在两个镜子之间来回反射,多次穿过光吸收表面。 但这并不是那么简单。

要让这样的设备工作,前镜不能完全反射。 它需要部分透明,以便光线可以首先进入系统。 但是当光线在两个镜子之间反射时,其中一些会通过部分透明的镜子丢失。 当研究人员试图复制这样的设置时,他们发现它们只适用于特定的光模式。 当某些模式的光被捕获并反复撞击吸收表面时,其他光(例如以不同入射角或具有不同波长进入设备)会逸出。

一个完美的光陷阱

现在 Rotter 和他的同事们,也来自 耶路撒冷希伯来大学, 已经证明,如果在两个镜子之间放置两个透镜,则可以创建更有效的光阱。

镜片设计用于引导光线,使其始终照射在镜子上的同一点。 由此产生的干涉效应可防止光线通过部分透明的前镜逸出。 相反,它会被困在系统中。

“在实践中,我们的设计将入射光捕获在空腔内并迫使它在空腔内循环,一次又一次地撞击弱吸收样品,直到它被完全吸收,并且所有反射都被相干破坏性地消除,”Rotter 解释道 物理世界. 他将该系统描述为像激光一样反向工作。 “我们的‘时间反转激光器’不是让激光增益介质将电能转化为相干光辐射,而是吸收相干光并将其转化为热能——并可能在不久的将来转化为电能。”

研究人员实验装置中的前镜反射率为 70%,而后镜的反射率为近乎完美的 99.9%。 对于光吸收介质,他们使用了一块薄薄的有色玻璃,吸收率约为 15%——大约 85% 的光会通过它。 他们发现他们的设备使彩色玻璃能够吸收进入系统的所有光线的 94% 以上。

研究人员还使用了多种技术来创建快速变化、复杂和随机的光场。 他们声称,即使光源存在这些动态变化,他们的相干完美吸收器仍然能够实现近乎完美的吸收。

罗特告诉 物理世界 他们的设备具有广泛的应用潜力,特别是在光能收集和传输方面。 例如,他说有可能用它来使用激光束从很远的距离为无人机的电池充电。

研究人员描述了他们的工作 科学.

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